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AZ31镁合金钎料设计与钎焊工艺的优化研究：性能、组织与应用

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代工业的持续发展进程中，对材料性能的要求愈发严苛，轻量化材料的研发与应用成为关键焦点。镁合金作为目前工程应用中最轻的金属结构材料之一，凭借其密度小、比强度高、比刚度大、散热好、消震性佳以及电磁屏蔽性能良好等诸多优势，在航空航天、汽车、电子、机械制造等众多领域展现出巨大的应用潜力，成为实现产品轻量化、提高能源利用效率的理想选择。例如在航空航天领域，减轻飞行器重量能有效提升燃油效率与飞行性能，镁合金被广泛应用于制造飞机的机身框架、发动机部件等关键部位；在汽车工业中，使用镁合金制造汽车零部件，如方向盘骨架、座椅框架、轮毂等，可显著降低车辆自重，进而减少燃油消耗与尾气排放，契合当下汽车轻量化的发展趋势；在电子行业，镁合金用于制造笔记本电脑、手机等电子产品的外壳，不仅具备良好的电磁屏蔽性能，还能赋予产品轻巧美观的外观设计。

AZ31镁合金作为一种典型的Mg-Al-Zn系变形镁合金，更是在镁合金材料体系中占据重要地位。其主要成分包括镁、铝、锌等元素，具有较高的强度和良好的塑性，能够通过挤压、轧制、锻造等多种塑性加工方式制备成各种形状复杂的零部件，满足不同工业场景的多样化需求。同时，AZ31镁合金还拥有较好的加工性能和成形性能，使其在实际生产过程中易于加工制造，可有效降低生产成本、提高生产效率，这进一步推动了它在各领域的广泛应用。然而，在实际应用中，往往需要将AZ31镁合金与其他材料或同种材料进行连接，以构建完整的结构件，连接质量的优劣直接关乎到整个结构的性能与可靠性。因此，开发高效、可靠的连接技术对于充分发挥AZ31镁合金的性能优势、拓展其应用范围显得尤为重要。

钎焊作为一种重要的材料连接技术，与其他焊接方法相比，具有加热温度低、母材组织和性能变化小、焊件变形小、可实现异种材料连接以及能获得美观的接头等独特优势，在精密尺寸结构件的焊接方面表现出显著的优越性。特别是对于AZ31镁合金这种对焊接热输入较为敏感的材料而言，钎焊技术能够在较低的温度下实现连接，从而有效避免因高温焊接导致的合金元素烧损、晶粒长大、热应力集中以及变形过大等问题，为获得高质量的AZ31镁合金接头提供了可行途径。通过合理设计钎料成分和优化钎焊工艺参数，可以调控钎缝的组织结构和性能，实现AZ31镁合金与其他材料之间的优质连接，满足不同工程应用对连接接头的性能要求。

对AZ31镁合金钎料设计及钎焊工艺展开深入研究，不仅能够填补该领域在钎焊技术方面的部分空白，完善镁合金连接技术体系，还能为AZ31镁合金在各个工业领域的大规模应用提供坚实的技术支撑，助力相关产业实现轻量化、高性能化发展，具有重要的理论意义和广阔的工程应用前景。

1.2AZ31镁合金概述

AZ31镁合金是一种典型的Mg-Al-Zn系变形镁合金，其主要合金元素为铝（Al）、锌（Zn），并含有少量的锰（Mn）等其他元素。在化学成分上，铝元素的含量通常在2.5%-3.5%之间，锌元素含量约为0.6%-1.4%，锰元素含量一般在0.2%-1.0%。各元素在合金中发挥着不同的作用：铝能显著提高镁合金的强度和硬度，通过固溶强化和时效强化机制，在合金中形成细小的强化相，阻碍位错运动，从而提升合金的力学性能；锌的加入进一步增强了合金的强度，它与铝、镁等元素相互作用，参与强化相的形成，优化合金的组织结构，同时也对合金的耐蚀性有一定的积极影响；锰则主要用于提高合金的耐蚀性，它能够细化晶粒，减少杂质元素对合金性能的不利影响，抑制晶间腐蚀的发生。

在物理性能方面，AZ31镁合金具有密度小的突出特点，其密度约为1.79g/cm3，仅为钢铁密度的1/4左右，铝合金密度的2/3，这使得它在对重量有严格要求的应用场景中极具优势，如航空航天、汽车等行业，使用AZ31镁合金制造零部件，可大幅减轻整体结构重量，提升能源利用效率。同时，该合金具有较高的比强度和比刚度，能够在保证结构强度和稳定性的前提下，实现轻量化设计；良好的导热性也使其在电子设备散热等领域展现出应用潜力，能快速有效地传导热量，确保设备在正常工作温度范围内稳定运行。

从力学性能来看，AZ31镁合金具备较好的强度和塑性配合。其室温下的抗拉强度一般在220-290MPa之间，屈服强度约为140-180MPa，延伸率可达15%-25%，这使得它能够承受一定程度的拉伸、压缩、弯曲等外力作用，满足多种工程结构件的使用要求。并且，AZ31镁合金还具有良好的加工性能和成形性能，能够通过挤压、轧制、锻造等塑性加工方法制备成各种形状复杂的零部件，如汽车的发动机缸体、变